Programme Programme Dynamique et Santé des Dynamique et Santé des EcosystèmesEcosystèmes Côtiers et Côtiers et

EstuariensEstuariensC. C. BacherBacher

l fre

me

r

Evolution des Evolution des perturbations dans perturbations dans les les zones côtièreszones côtières

Human expansion

1. Fishing

3. Pollution, Eutrophication

2. Mechanical habitatdestruction

4. Invasive species

5. Climate change: natural and anthropogenic

Alteredecosystem

Past

Present

•• Les écosystèmes marins côtiers produisent près d’un tiers Les écosystèmes marins côtiers produisent près d’un tiers des biens et services d’origine écologique de notre planète des biens et services d’origine écologique de notre planète ((CostanzaCostanza et al., 1997)et al., 1997)

•• Ce sont aussi les écosystèmes qui subissent les plus fortes Ce sont aussi les écosystèmes qui subissent les plus fortes évolutions des pressions d’origine anthropique dans leur évolutions des pressions d’origine anthropique dans leur intensité et dans leur multiplicité (GESAMP 2001)intensité et dans leur multiplicité (GESAMP 2001)

12

10 m

100 m

1 km

10 km

100 km

1000 km

10000 km

hour day week month year decade century

CoastalFlooding

HarmfulAlgal

Events

DiseaseMass

Mortalities

Propagation of Change

HabitatModification

ChangesIn

Fish Harvest

Land-UsePractices

ENSONAOPDO

ClimateChange

Echelles des perturbations(d’après Malone, 2003)

FonctionsFonctions écologiquesécologiques dansdans les les écosystèmesécosystèmes côtierscôtiers

Algues toxiquesAlgues toxiques Processus Processus sédimentairessédimentaires

HabitatsHabitatsRéponse auxRéponse auxcontaminantscontaminants

ModélisationModélisationgénériquegénérique

Continuum bassinContinuum bassinversantversant

•• Sensibilité des écosystèmes aux Sensibilité des écosystèmes aux perturbations (climatique, perturbations (climatique, anthropique): habitat, productivité, anthropique): habitat, productivité, population, structure, ressourcespopulation, structure, ressources

•• Définir la dynamique des systèmes Définir la dynamique des systèmes (processus): variabilité, évolution, (processus): variabilité, évolution, interactionsinteractions

•• EvaluerEvaluer/prédire l’impact des /prédire l’impact des perturbations sur les fonctionnalités: perturbations sur les fonctionnalités: : biodiversité, productivité, état : biodiversité, productivité, état écologiqueécologique

•• Maintenir/restaurer les Maintenir/restaurer les fonctionnalitésfonctionnalités

1. Mouvements sédimentaires, 1. Mouvements sédimentaires, morphomorpho dynamique et dynamique et forçages physiquesforçages physiques

•• ObjectifsObjectifsDévelopper la capacité à Développer la capacité à

déterminer la part des déterminer la part des processus physiques dans le processus physiques dans le fonctionnement et la dynamique fonctionnement et la dynamique des biotopes : turbidité, des biotopes : turbidité, structuration des habitats, structuration des habitats, transferts dissous et transferts dissous et particulaireparticulaire

•• ExemplesExemples–– Turbidité et Turbidité et morphodynamiquemorphodynamique

Un quart du littoral recule du fait de l’érosion –IFEN, 2006

Actions de modélisation en dynamique sédimentaireActions de modélisation en dynamique sédimentaire

•• Processus génériquesProcessus génériques–– Floculation & vitesse chute (SeineFloculation & vitesse chute (Seine--aval)aval)

–– Tassement sable+vase (SeineTassement sable+vase (Seine--aval)aval)

–– Transport sable/vase Arcachon (PNEC)Transport sable/vase Arcachon (PNEC)

–– Impact Impact sédimentosédimento installations installations conchylicolesconchylicoles (PISTOLE)(PISTOLE)

•• Sites ateliersSites ateliers–– MorphodynamiqueMorphodynamique estuaire Seine (Seineestuaire Seine (Seine--

aval)aval)

–– Transport sable/vase en baie du Mt StTransport sable/vase en baie du Mt St--Michel (PNEC)Michel (PNEC)

–– Transport sable/vase à Marennes (CG17, Transport sable/vase à Marennes (CG17, PNEC)PNEC)

–– Transport de vase en Transport de vase en PenzéPenzé (FINAL)(FINAL)

–– Charriage Charriage multiclassemulticlasse et suspensions en et suspensions en Manche (IRSN)Manche (IRSN)

•• Transferts Transferts –– Transports sédiments fins Rio Transports sédiments fins Rio PlataPlata

((FreplataFreplata--FFEM)FFEM)

2. Modèle écologique générique2. Modèle écologique générique

•• ObjectifsObjectifs–– Modélisation prédictive à long terme au Modélisation prédictive à long terme au

niveau des façadesniveau des façades

–– Développement des outils de validation Développement des outils de validation (images satellites)(images satellites)

–– Développement logicielDéveloppement logiciel

–– Soutien aux autres projets modélisationSoutien aux autres projets modélisation

•• Exemple: prévision et analyse de la Exemple: prévision et analyse de la structuration géographique de la structuration géographique de la biomasse biomasse phytoplanctoniquephytoplanctonique en en MancheManche

Logiciel ELISEhttp://www.ifremer.fr/delec/elise

Modélisation Modélisation des des efflorescences algales efflorescences algales en en MancheManche

Alice Vanhoutte-Brunier, Francis Gohin, Alain Ménesguen, Philippe Cugier & Alain Lefebvre, (AMEMR, 2005)(AMEMR, 2005)

3. Compréhension d3. Compréhension d ’événements algaux toxiques en ’événements algaux toxiques en relation avec le climat et lrelation avec le climat et l ’anthropisation’anthropisation

•• ObjectifsObjectifs–– Compréhension des événements Compréhension des événements

algaux toxiques de certaines algaux toxiques de certaines espècesespèces

–– Mesures et Modélisation Mesures et Modélisation diagnostiquediagnostique

–– Modélisation prédictiveModélisation prédictive

•• Exemple: projet européen Exemple: projet européen FINALFINAL

Alexandrium catenella dinophycéeAlexandrium catenella dinophycée toxique toxique dans l’étang de Thaudans l’étang de Thau

•• 1998: première 1998: première fermeturefermeture, , misemise en en place d’un point REPHY place d’un point REPHY dansdans la la criquecriquede de l’Anglel’Angle

•• 1999: 2 1999: 2 semainessemaines de de fermeture fermeture moulesmoules

•• 2000: 2000: présenceprésence au au printempsprintemps et à et à l’automnel’automne sans contamination sans contamination premières observations UM2 Anglepremières observations UM2 Angle

•• 2001: 2001: fermeture automnefermeture automne 7 7 semaines huîtressemaines huîtres et et moulesmoules, ,

•• 2002: 2002: présenceprésence au au printempsprintemps, , rienrien à à l’automnel’automne, , misemise en place d’un en place d’un programmeprogramme (ULR/IFREMER)(ULR/IFREMER)

•• 20032003--2004: blooms 2004: blooms printaniersprintaniers et et automnauxautomnaux, , fermeturefermeture à à l’automnel’automne, , suivissuivis

Projet FINAL 2006Projet FINAL 2006--2008: 2008: Forecasting Forecasting Initiation of Initiation of Blooms of Blooms of Toxic Algae Toxic Algae ((wwwwww.final.final--hab.hab.orgorg))

Batch Experiments

Semi-continuous experiments

f/2-N/10; f/2-P/20

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 5 10 15 20jours

nb d

e ce

llule

s.m

l-1

données modèle

f/2-N/10; f/2-P/20

0.00

0.50

1.00

1.50

0 5 10 15 20

jours

[PO

4] (

µmol

.l-1

)

données modèle

4 jours

0

10000

20000

30000

40000

0 5 10 15 20

Temps (jours)

nb d

e ce

llule

s.m

l-1

données modèle

4 jours

0

2

4

6

8

1012

14

16

18

0 5 10 15 20

Temps (jours)

Qp

(pgP

.cel

lule

-1)

données modèle

Erard-Le Denn et al. (2003)

Observation/Modélisation Observation/Modélisation AlexandriumAlexandrium

4. Interactions Bassin Versant/zones côtières 4. Interactions Bassin Versant/zones côtières

•• ObjectifsObjectifs–– Prédire lPrédire l ’impact des apports sur ’impact des apports sur

un certain nombre de flux, par le un certain nombre de flux, par le couplage de modèles Bassin couplage de modèles Bassin Versant et écologiquesVersant et écologiques

–– Définir des scénarii et des outils Définir des scénarii et des outils dd ’aide à la décision en terme de ’aide à la décision en terme de contrôle et dcontrôle et d ’évolution’évolution

•• Exemple: projet européen Exemple: projet européen DITTY (2003DITTY (2003--2006)2006)

Développement d’outils pour l’aide à la Développement d’outils pour l’aide à la décision (décision (wwwwww..dittyprojectdittyproject..orgorg))

Bouzigues : zone A (> 50% de la production)

Meze : zone B

Marseillan : zone C

Classement qualité Classement qualité de de l’eaul’eau ::

-- [C]<230 cell/100mg [C]<230 cell/100mg sfsf (“A”)(“A”)

-- [C]<1000 ( “B”)[C]<1000 ( “B”)

-- 1000<[C]<4600 (1000<[C]<4600 ( épurationépuration ))

-- [C] > 4600 ([C] > 4600 ( fermeturefermeture ))

DecisionDecision Support System : contamination Support System : contamination microbiennemicrobienne

TransferTransfer

FunctionFunction

BoxBox

Scenario Scenario generatorgenerator

filterfilter indicatorsindicators

MultiMulti--criteria criteria analysisanalysis

Select Select CaseCase

--Watershed Watershed modificationsmodifications

--population population increaseincrease

--improvements improvements budgets, ...budgets, ...

-- model results model results combinationcombination

-- building building Objective vectorObjective vector

-- Economic Economic

-- ecologicalecological

-- ......

Approche multicritèreApproche multicritère

5. Devenir et effets des 5. Devenir et effets des contaminantscontaminants chimiqueschimiques

•• ObjectifsObjectifs–– Modéliser le devenir des Modéliser le devenir des

contaminantscontaminants dans le milieu et le dans le milieu et le réseau trophique (réseau trophique (biogéochimiebiogéochimie, , bioaccumulationbioaccumulation))

–– EvaluerEvaluer les réponses au niveau des les réponses au niveau des individus et populations individus et populations ((écotoxicologieécotoxicologie, écophysiologie), écophysiologie)

•• Exemple: devenir et effets des Exemple: devenir et effets des pesticidespesticides

Mise en évidence des liens entre traits biologiques et niveau de contamination chez

la sole (Gilliers et al., 2006)

Devenir et effets des pesticidesDevenir et effets des pesticides

•• ExpositionExposition

–– Continuum écologique continentalContinuum écologique continental--côtier côtier

–– Hydrométrie, caractéristiques physiques du bassin versant, apporHydrométrie, caractéristiques physiques du bassin versant, apports des maraists des marais

–– Période sensible : épandage x pluviométrie & printemps avrilPériode sensible : épandage x pluviométrie & printemps avril--juilletjuillet

–– Durée demi vie en milieu marin et modélisation dispersion Durée demi vie en milieu marin et modélisation dispersion

•• Effets des pesticides à différents niveaux d’organisation biologEffets des pesticides à différents niveaux d’organisation biologiqueique

–– Mécanismes moléculaires de toxicité et stades de développement pMécanismes moléculaires de toxicité et stades de développement précoces récoces (embryons, métamorphose : (embryons, métamorphose : génotoxicitégénotoxicité, ATP, respiration, , ATP, respiration, neurotoxiciténeurotoxicité, stress , stress oxydant, déficiences immunitaires) oxydant, déficiences immunitaires)

–– De la cellule aux populations : assemblages des populations (tolDe la cellule aux populations : assemblages des populations (tolérance, érance, biodiversité)biodiversité)

–– Relation producteurs primaires et secondaires : sensibilité des Relation producteurs primaires et secondaires : sensibilité des maillons maillons trophiquestrophiques

Échelle toxicité pesticides phytoplancton et huître1000 µg/l

100 µg/l

10 µg/l

1 µg/lEstuaire Seudre

Juin 2004(Burgeot et al., 2004)

Canal Marais

Brouage (Munschy 1996)

Bassin Marennes

Oléron (Munaron 2004) 0,1 µg/l

-Croissance anormale des larves C.g 70 % (His & Robert 1986)

-Déficiences immunitaires C.g ( Oubella & Auffret 1997)

- Comet embryon d’huîtres 60 µg/l (Wessel et al., 2006)

- Inhibition photosynthèse, métabolisme énergétique (ATP)

et croissance phyto (Munoz 2001), EC 50: 1-2 µg/l (Arzul 2005)

Comet phyto 1 µg/l (Akcha et al., 2006)

- Régulation gènes C.g (Moraga et al., 2005)

- Augmentation tx aneuploïdie et chute tx éclosion C. g. (Bouilly 2004)

-Effet croissance larves C. g et développement embryon (His ,Seaman 1993)

CE50 100µg/l formulation (Quiniou, 2005)

-Activités AChE, Tbars, GST, Cat chez larves C.g (Quiniou et al 2003)

Dans l’embouchure de la Charente (Munaron 2004)

-Toxicité trifluraline 0,5 µg/l sur phytoplancton (G. Arzul, 2004)

- 0,5 µg/l abaissement taux d’éclosion Pecten maximus (Larvor –Cario et al., 2000)

6. Maintien des fonctionnalités habitat et productivité6. Maintien des fonctionnalités habitat et productivité

•• ObjectifsObjectifs–– Cartographie des habitats Cartographie des habitats

benthiques: bathymétrie, type benthiques: bathymétrie, type sédimentaire, faune et flore sédimentaire, faune et flore associéesassociées

–– Mesurer les pertes Mesurer les pertes fonctionnelles : indicateurs fonctionnelles : indicateurs habitat, population et habitat, population et peuplementspeuplements

–– Identifier les sources de Identifier les sources de perturbation: comparaison perturbation: comparaison d’habitats d’habitats

•• Exemple: développement Exemple: développement d’indicateurs pour les AMPd’indicateurs pour les AMP

Ecosystems Classification (Niquil, 2005)

From trophic web to ecosystem comparison

Sujets de rechercheSujets de recherche•• PostdocsPostdocs

–– Mise en place d’un modèle Mise en place d’un modèle hydrohydro--sédimentaire trisédimentaire tri--dimensionnel du Rio de la dimensionnel du Rio de la Plata Plata

–– Définition d’indicateurs environnementaux liés au risque d’apparDéfinition d’indicateurs environnementaux liés au risque d’apparition d’algues toxiques à ition d’algues toxiques à partir de données in situ et de modèles. Application aux blooms partir de données in situ et de modèles. Application aux blooms d’Alexandriumd’Alexandrium et de et de PseudoPseudo--NitzschiaNitzschia

–– Recherche d’indicateurs d’initiation et de développement des bloRecherche d’indicateurs d’initiation et de développement des blooms oms d’Alexandrium d’Alexandrium catenellacatenella dans l’étang de Thau dans le cadre d’une étude de faisabilité ddans l’étang de Thau dans le cadre d’une étude de faisabilité d’un système ’un système d’alerte précoce d’alerte précoce

–– Réponses biologiques de mollusques bivalves à la présence de pesRéponses biologiques de mollusques bivalves à la présence de pesticides, ticides, contaminants contaminants majeurs du continuum milieu continentalmajeurs du continuum milieu continental--milieu marin en estuaire de Vilaine milieu marin en estuaire de Vilaine

–– Modélisation du comportement Modélisation du comportement biogéochimiquebiogéochimique des des contaminantscontaminants organiques "types" en organiques "types" en zone littorale zone littorale

•• ThèsesThèses

–– Modélisation numérique de la genèse des structures sédimentairesModélisation numérique de la genèse des structures sédimentaires superficielles de la superficielles de la Manche. Application à la modélisation intégrée de l’écosystèmeManche. Application à la modélisation intégrée de l’écosystème

–– EtudeEtude et et paramétrisationparamétrisation de la nutrition azotée et phosphorée de la nutrition azotée et phosphorée d’Alexandrium catenellad’Alexandrium catenella, , microalguemicroalgue toxique responsable d’efflorescences dans la lagune de Thau toxique responsable d’efflorescences dans la lagune de Thau

–– Détermination des voies de Détermination des voies de bioactivationbioactivation des hydrocarbures aromatiques polycycliques des hydrocarbures aromatiques polycycliques chez la sole (Solea solea)chez la sole (Solea solea) : profil métabolique et : profil métabolique et génotoxicitégénotoxicité

–– EtudeEtude de l’impact des installations de l’impact des installations conchylicolesconchylicoles sur la dynamique sédimentairesur la dynamique sédimentaire par par mesures in situ, expérimentation et modélisation numériquemesures in situ, expérimentation et modélisation numérique

–– Des modèles et des indicateurs pour évaluer la performance d’AirDes modèles et des indicateurs pour évaluer la performance d’Aires Marines Protégées es Marines Protégées pour la gestion des écosystèmes côtierspour la gestion des écosystèmes côtiers : Application à la Réserve Naturelle des Bouches : Application à la Réserve Naturelle des Bouches de Bonifacio de Bonifacio

ConclusionConclusion

•• Observation et Dynamiques des Systèmes CôtiersObservation et Dynamiques des Systèmes Côtiers–– améliorer les connaissances dans le domaine des sciences de la maméliorer les connaissances dans le domaine des sciences de la mer pour être er pour être

capable d’évaluer et prévoir l’évolution des systèmes côtierscapable d’évaluer et prévoir l’évolution des systèmes côtiers

–– intégrer les sciences environnementales et sociales pour construintégrer les sciences environnementales et sociales pour construire des outils ire des outils d’aide à la décision basée sur une approche systémiqued’aide à la décision basée sur une approche systémique

•• Stratégies d’étudeStratégies d’étude–– Continuum bassin versant/zones côtièresContinuum bassin versant/zones côtières

–– Changement d’échelle: individu/populationChangement d’échelle: individu/population

–– Sites ateliers et réseaux Sites ateliers et réseaux

–– Observation/expérimentation/modélisationObservation/expérimentation/modélisation

•• FinancementsFinancements–– ANR, EC2CO, LITEAUANR, EC2CO, LITEAU

–– FP6FP6

–– GIPSAGIPSA

–– GDRGDR

–– Conventions bilatéralesConventions bilatérales

•• ValorisationValorisation–– Outils de modélisationOutils de modélisation

–– Développement de capteursDéveloppement de capteurs

–– Transfert d’outilsTransfert d’outils